Приемоиндикатор спутниковых радионавигационных систем

Приемоиндикатор спутниковых радионавигационных систем

Реферат

 

Использование: радионавигация. Сущность изобретения: приемоиндикатор содержит антенну 1, один приемник 2, один опорный генератор 3, канальный блок первичной обработки, каждый из которых включает частотно-кодовый коррелятор 4, многофункциональный генератор псевдослучайной последовательности 5, блок интеграторов 6 и блок измерения псевдодальностей и псевдоскоростей 7, один интерфейсный блок 8, два блока согласования уровней сигналов магистрали связи 9, 10, один блок решения навигационной задачи 11, один блок выбора рабочего созвездия 12, два оперативных запоминающих устройства 13, 18, два постоянных запоминающих устройства 14, 19, одно репрограммируемое постоянное запоминающее устройство 15, один блок ввода-вывода навигационных параметров 16, один таймер 17 и один индикатор 20. Заявленное устройство позволяет принимать и обрабатывать сигналы двух спутниковых радионавигационных систем типа "Глонасс" и "Навстар" с помощью одного приемного тракта. 1 п.ф-лы, 14 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области спутниковой радионавигации и может быть использовано для определения вектора состояния (координат, скорости и времени) потребителей по сигналам двух взаимнорассинхронизированных спутниковых радионавигационных систем (СРНС).

Известен приемоиндикатор СРНС [1] содержащий последовательно соединенные антенну и предварительные усилители на два диапазона частот принимаемых сигналов (L₁ и L₂ cоответственно), выходы предусилителей соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя частоты. Выходы указанного преобразователя, в свою очередь, соединены соответственно со входами первого-четвертого каналов слежения за несущей сигналов каждого из четырех спутников и со входом слежения за задержкой кода, которая обеспечивает последовательное слежение за сигналами четырех спутников в режиме разделения времени. Выходы первого-четвертого каналов слежения за несущей и выход канала слежения за задержкой кода подключены к соответствующим входам управляющего процессора. Выход управляющего процессора соединен со входом блока связей, первый выход которого подсоединен ко входу навигационного процессора, а второй ко входу блока управления индикации. Указанный приемоиндикатор [1] содержит также опорный термостатический генератор и синтезатор частот.

Недостаток данного устройства [1] заключается в невозможности работы с сигналами космических аппаратов (КА) двух спутниковых радионавигационных систем типа "Глонасс" и "Навстар" одновременно (приемоиндикатор [1] может работать по сигналам спутников только системы "Навстар"), что ограничивает возможность высокоточных непрерывных навигационных измерений, в особенности при неполном развертывании КА указанной системы.

Кроме того, приемоиндикатор [1] обеспечивает невысокую точность измерения вектора состояния навигационных параметров, так как в канале слежения за задержкой кода данного устройства сначала измеряется задержка кода сигнала первого канала слежения за несущей с частотой L₁, потом второго канала слежения за несущей с частотой L₁ и т.д. т.е. устройство [1] не обеспечивает непрерывности радионавигационных измерений, так как периоды обновления измерений задержек кодов с частотами L₁ и L₂ составляют соответственно 250 и 10000 нс. Это приводит к снижению точности навигационных измерений вектора состояния потребителя, в особенности высокодинамических объектов.

Указанные недостатки частично устранены в приемоиндикаторе [2] который содержит антенну, предусилитель, двухступенчатый преобразователь радиочастот, квадратурный преобразователь, опорный кварцевый генератор и синтезатор, цифровой коррелятор, устройство управления, генератор кода, первый управляемый цифровым кодом генератор (ГЦУ), предназначенный для управления генератором кода, второй ГЦУ, который служит для управления несущей, устройство управления, предназначенное для выбора диапазона рабочих частот L₁ или L₂. Выходы цифрового коррелятора соединены одновременно со входом блоков синхронизаторабит, фильтра схемы слежения за задержкой и фильтра слежения за несущей. С выхода синхронизатора бит выделенное навигационное сообщение поступает на первый вход блока решения навигационных задач, на второй вход указанного блока поступают данные измерений квазидальности с метками времени, на третий данные измерений скорости изменения дальности. Кроме того, с выхода устройства управления на вход управления блока решения навигационных задач поступают сигналы прерываний. Выход блока решения навигационных задач соединен со входом устройства управления, обеспечивая тем самым выбор диапазона рабочих частот L₁ или L₂. Выходное сигналы блока управления поступают на вход опорного кварцевого генератора и синтезатора частот, которые обеспечивают необходимыми гетеродинными частотами радиотракт устройства [2] и тактовыми частотами узлы цифровой обработки сигналов.

Достоинством приемоиндикатора [2] является реализация тракта обработки сигналов (после перехода на промежуточную частоту) в цифровой форме. Это позволяет повысить стабильность, точность и надежность работы устройства, осуществить быстрый захват сигнала в плоскости неопределенности время-частота и как следствие уменьшить время получения первого отсчета, а также уменьшить массогабаритные показатели и энергопотребление.

Однако приемоиндикатор [2] имеет ряд серьезных недостатков. Во-первых, устройство [2] работает по сигналам КА только системы "Навстар", что в ряде случаев снижает точность измерения параметров вектора состояния навигационных параметров потребителя. Во-вторых, для учета группового времени распространения входных сигналов в приемнике устройства [2] используется сложный многоразрядный синтезатор частот и калибратор, что приводит к существенному усложнению приемного тракта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является приемоиндикатор [3] имеющий модульную структуру и включающий в себя две антенны, которые обеспечивают раздельный прием сигналов КА системы "Навстар" в диапазонах L₁ и L₂, модуль двухканального предварительного усилителя, выходы которого подсоединены соответственно к первому и второму входам переключателя радиочастотного канала, преобразователь радиочастотного сигнала с понижением диапазона рабочих частот, термостатический генератор, синтезатор частот, адаптивный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой смеситель-коррелятор, генератор псевдослучайной последовательности ПСП), блок управления генератором ПСП, генератор, управляемый цифровым кодом, цифровой генератор несущей частоты, цифровой процессор обработки сигналов, двухпортовое коммуникационное оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), навигационный процессор, сопроцессор с плавающей запятой, ОЗУ с произвольной выборкой и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

Достоинством устройства-прототипа [3] является модульная организация составных частей приемоиндикатора, что позволяет реализовать многоканальный принцип построения аппаратуры потребителей (АП) и тем самым обеспечить требуемую точность измерения вектора навигационных параметров. Во-вторых, тракт приемника данного устройства построен так, что не содержит, например, схему исключения доплеровской поправки либо корреляционной обработки входного сигнала, что позволяет в общем случае в цифровом процессоре обработки сигналов реализовать любое число контуров слежения за измеряемыми параметрами принимаемых сигналов, обеспечивая необходимое качество и точность измерений.

Однако устройство-прототип [3] имеет ряд существенных недостатков, ухудшающих его технические характеристики.

Так например, приемоиндикатор [3] обеспечивает работу только с сигналами КА СРНС "Навстар", что приводит к снижению точности измерения вектора навигационных параметров, в особенности при неполном развертывании системы либо выходе части спутников из строя. Кроме того, наличие в приемнике устройства [3] переключателя радиочастотного канала приводит к снижению соотношения сигнал/шум примерно на 1,5 дБ на один канал приема. И наконец, устройство [3] содержит в каждом канале приема только два кольца слежения (за несущей частотой и кодом), что может привести к срыву автосопровождения в случае использования данного приемоиндикатора для измерения вектора состояния навигационных параметров высокодинамичных объектов или в условиях сложной помеховой обстановки, а в отдельных случаях и к потере работоспособности прибора.

В заявляемом устройстве достигнута возможность решения следующих задач: возможность одновременного приема и обработки сигналов космических аппаратов СРНС "Глонасс" и "Навстар" с помощью одного приемного тракта, т.е. без переключения каналов приема, реализация канала приема сигналов КА с помощью одного преобразования частоты с целью обеспечения возможности цифровой обработки сигналов в широкой полосе частот, а также устранения дополнительных спектральных составляющих, которые имеют место при двойном преобразовании частоты в приемнике, повышение точностных показателей измерений вектора состояния потребителя за счет уменьшения времени группового запаздывания принимаемых сигналов СРНС "Глонасс" и "Навстар".

повышение точности и надежности работы заявляемого приемоиндикатора за счет введения дополнительных контуров автосопровождения по несущей частоте и коду.

На фиг.1 представлена функциональная схема приемоиндикатора спутниковых радионавигационных систем; на фиг.2 функциональная схема приемника сигналов спутниковых радионавигационных системж; на фиг.3 структурная схема синтезатора частот приемника; на фиг.4 функциональная схема многоступенчатого делителя частоты синтезатора частот приемника; на фиг.5 (а, б, в) соответственно амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики, а также характеристика времени группового запаздывания водного широкополосного фильтра-преселектора приемника; на фиг. 6 амплитудно-частотная характеристика полосового фильтра тракта промежуточной частоты приемника; на фиг.7 вариант технической реализации аналого-цифрового преобразователя приемника; на фиг.8 функциональная схема частотно-кодового коррелятора; на фиг.9 функциональная схема блока интеграторов; на фиг.10 функциональная схема многофункционального генератора; на фиг. 11 функциональная схема тракта первичной обработки информации приемоиндикатора; на фиг.12 графическая интерпретация определения амплитудного значения огибающей комплексного сигнала; на фиг.13 графическая интерпретация образования доплеровского сдвига принимаемого сигнала с космического аппарата СРНС; на фиг.14 схема формирования антивектора доплеровского сдвига.

Согласно изобретению приемоиндикатор спутниковых радионавигационных систем (фиг. 1) содержит антенну с входным фидером 1, выходом соединенного со входом приемника 2, обеспечивающего одновременную обработку в широкой полосе частот сигналов КА систем "Глонасс" и "Навстар". Опорный термостатический генератор 3 производит выдачу опорных высокостабильных колебаний частотой 10 МГц и подключен к управляющему входу приемника 2. В приемнике 2 после преобразования выдается сетка рабочих тактовых частот для обеспечения работоспособности ряда других узлов и блоков приемоиндикатора. Приемник 2 обеспечивает также подачу m-битных цифровых сигналов на первые информационные входы частотно-кодового коррелятора 4, обеспечивая тем самым цифровую обработку входной информации при поддержке внутреннего программно-математического обеспечения.

Сигналы, принимаемые с космических аппаратов, модулированы псевдослучайными последовательностями и навигационным сообщением. В приемоиндикаторе необходимо сформировать копии этих ПСП для каждого из сигналов КА, согласовать их по временному положению, восстановить подавленную несущую с учетом доплеровского смещения и выдать навигационное сообщение. Для этого многофункциональный генератор 5 включает в себя генераторы ПСП, вырабатывающие последовательности, каждая из которых уникальна для любого из спутников двух систем космических аппаратов. Сигналы псевдослучайных последовательностей ("раньше", "норма", "позже") в различных сочетаниях для двух систем КА поступает на вторую группу информационных входов частотно-кодового коррелятора 4, который вместе с блоком 6 интеграторов и блоком вычисления псевдодальностей и псевдоскоростей 7 выполняет ряд функций первичной обработки информации, например, слежение за кодом, слежение за сдвигом частоты, оценка соотношения сигнал/шум, инициализация и поиск кода и т.д.

Двухпортовое коммуникационное ОЗК 8 служит для обмена информацией между блоком 7 обработки сигналов и блоком навигационного процессора, включающим в себя блоки согласования уровней сигналов, блок решения навигационной задачи 11 и блок выбора рабочего созвездения 12, а также необходимые элементы организации вычислительного процесса для решения навигационной задачи, а именно ОЗК 13, ПЗУ 14 и РПЗУ 15.

Результаты решения навигационной задачи поступают на вход блока 16 ввода-вывода, для функциональной поддержки работоспособности которого служит таймер 17, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство 18 и ПЗУ 19. Результаты измерений вектора навигационных параметров поступают на индикатор 20.

Приемник 2 сигналов спутниковых радионавигационных систем (фиг.1, 2) содержит широкополосный фильтр-преселектор 21, на вход которого поступает сигнал с выхода фидера антенны 1. Выход широкополосного фильтра-преселектора 21 соединен с первым входом первого малошумящего усилителя 22, соединенного, в свою очередь, выходом со входом полосового фильтра 23, выход которого подключен к первому входу второго малошумящего усилителя 24. Выход малошумящего усилителя 24 подключен ко входу смесителя 25, ко второму входу которого подсоединен первый выход синтезатора 26 частот, выполняющего роль гетеродина в данном случае. Вход синтезатора 26 частот соединен с выходом опорного термостатического генератора 3. Выход смесителя 25 соединен со входом полосового фильтра 27, обеспечивающего выделение сигналов космических аппаратов СРНС "Глонасс" и "Навстар" на разностной промежуточной частоте. Выход полосового фильтра 27 подключен к первому входу усилителя 28 промежуточной частоты. Выход усилителя 28 промежуточной частоты соединен одновременно со входом аналого-цифрового преобразователя 29, выход которого является цифровым выходом приемника 2, а также со входом блока 30 автоматической регулировки усиления. Выход последнего подключен к первому входу усилителя 28 промежуточной частоты, второму входу второго малошумящего усилителя 24 и второму входу первого малошумящего усилителя 22. Второй и третий выходы синтезатора 26 частот соединен со сдвигом на четверть периода, обеспечивая тем самым образование квадратурной и синфазной составляющей на выходе блока АЦП 29.

Синтезатор 26 частот (фиг.2, 3) включает в себя импульсно-фазовый детектор 31, на первый вход которого поступает сигнал с выхода термостатического генератора 3. Выходной сигнал с выхода термостатического генератора 3 также поступает на первый вход частотного детектора 32. Выходы импульсно-фазового детектора 21 и частотного детектора 32 соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 33, выходом соединенного со входом фильтра 34 нижних частот (ФНЧ). Выход ФНЧ 34 подключен ко входу генератора 35, управляемого напряжением (ГУН), выход которого, в свою очередь, соединен со входом смесителя 25, обеспечивая тем самым подачу сигнала гетеродина частотой 1440 МГц, а также со входом многокаскадного делителя 36 частоты, образуя тем самым активный синтезатор частот.

Многокаскадный делитель 36 частоты (фиг.2, 4) содержит Т-триггер 37, тактовый вход которого соединен с выходом генератора 35, управляемого напряжением, и является входом многокаскадного делителя 36 частоты.

Прямой выход Т-триггера 37 соединен с тактовым входом T-триггера 38, а инверсный со входом счетчика-делителя 39, с первого выхода которого снимается последовательность прямоугольных импульсов частотой 20 МГц и поступает на тактовые входы блоков 4, 5, 6, 7, со второго выхода снимается последовательность прямоугольных импульсов частотой 12 МГц, которая поступает на входы тактовой частоты блоков 9, 10, 11, 12, третий выход указанного счетчика подключен соответственно ко вторым входам импульсного фазового детектора 31 и частотного детектора 32. Инверсный выход триггера 38 соединен одновременно со входом Т-триггера 40 и первым входом элемента 3 И 41. Выход Т-триггера 40 подключен одновременно ко Т-триггера 42 и второму входу элемента 3 И 41. Выход Т-триггера 42 соединен одновременно с третьим входом элемента 3 И 41 и первым входом управления аналого-цифрового преобразователя 29. Прямой выход Т-триггера 38 подсоединен ко входу синхронизации Т-триггера 43, выход которого соединен со входом синхронизации Т-триггера 44, выходом подключенного ко второму входу управления аналого-цифрового преобразователя 29. Выход элемента 3 И 41 подсоединен ко входам сброса Т-триггера 43 и 44. Сигналы, которые снимаются с выхода триггеров 42 и 44, поступают на соответствующие входы аналого-цифрового преобразователя 29 со сдвигом относительно друг друга во времени на четверть периода, обеспечивая тем самым квадратурную обработку сигнала.

На фиг.5 а, б, в показаны соответственно амплитудно-частотная, фазо-частотная характеристики, а также характеристика времени группового запаздывания широкополосного фильтра-преселектора 21 (фильтра-преселектора Кауэра).

На фиг.6 представлена амплитудно-частотная характеристика каскадного полосового фильтра 27, обеспечивающего фильтрацию зеркальной помехи радиотракта и выделение (избирательность) сигналов космических аппаратов систем "Глонасс" и "Навстар".

Аналого-цифровой преобразователь 29 (фиг.2, 7) содержит компараторы 45, 46, 47, на первый вход которых поступает сигнал с усилителя 28 промежуточной частоты. Второй вход компаратора 45 соединен с положительным потенциалом, определяющим пороговое напряжение сравнения (U_пор1, второй вход компаратора 46 подключается к отрицательному потенциалу, определяющему пороговое напряжение сравнения (U_пор2), второй вход компаратора 47 подключен к нулевому потенциалу, также определяющему пороговое напряжение сравнения (U_пор3), выходы компараторов 45, 46 подсоединены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 48, выход которого соединен одновременно с информационными входами Д-триггеров 49 и 50. Выход компаратора 47 соединен с информационными входами Д-триггеров 51 и 52. Тактовые входы триггеров 49 и 50 одновременно подключены к выходу Т-триггера 42, тактовые входы Д-триггеров 51 и 52 одновременно соединены с выходом Т-триггера 44. Выходы Д-триггеров 49 и 51 образуют первую (синусную) пару отсчетов I₁ и I₂ и выходы Д-триггеров 50 и 51 вторую (косинусную) пару отсчетов Q₁ и Q₂ выходного информационного сигнала.

Частотно-кодовый коррелятор 4 (фиг.1 и фиг.8) содержит постоянное запоминающее устройство 53, на первый-четвертый адресные входы которого поступают сигналы с выхода АЦП 29 приемника, а на пятый-восьмой адресные входы ПЗУ 53 поступают сигналы с выхода генератора с цифровым управлением 54, на вход которого, в свою очередь, поступают данные вычислений с шины данных цифрового процессора 7 обработки сигналов. Выходы ПЗУ 53 подключены к соответствующим входам множительного устройства 55, при этом на вторые входы данного устройства поступают значения псевдослучайных последовательностей с выхода многофункционального генератора 5. Результаты умножения поступают на входы накапливающих сумматоров 56, 57, 58, 59, причем три младших разряда выхода множительного устройства 55 подключены к входам накапливающих сумматоров 56 и 57, а старших к входам накапливающих сумматоров 58 и 59. Выходы переноса четырех перечисленных накапливающих сумматоров подключены к тактовым входам двоичных счетчиков 60, 61, 62, 63. Входы сброса указанных счетчиков объединены между собой и подключены к выходу управления сбросом цифрового процессора 7 обработки сигналов.

Блок 6 интеграторов (фиг.11 и фиг.9) содержит N-адекватных каналов, каждый из которых содержит, в свою очередь, двухпозиционные ключи 64, 65, 66, 67, на первые входы которых поступают сигналы I_n, Q_n, I_E, I_L с выходов двоичных счетчиков 60, 61, 62, 63 частотно-кодового коррелятора 4. На вторые входы двухпозиционных ключей 64, 65, 66, 67 поступает информация с выхода цифрового процессора 7 обработки сигналов, выбор режима работы осуществляется путем подачи управляющего потенциала с шины управления цифрового процессора 7. Выходы указанных двухпозиционных ключей соединены с тактовыми входами счетчиков-накопителей 68, 69, 70, 71 соответственно. Входы установки указанных счетчиков-накопителей объединены между собой и подключены к первому выходу блока 72 управления, на вход которого поступает тактовая частота 20 МГц с выхода управления приемника 2. Выходы указанных счетчиков-накопителей подключены ко входу регистров 73, 74, 75, 76, тактовые входы которых объединены между собой и подсоединены ко второму выходу блока 72 управления. Выходы указанных регистров соединены с информационными входами мультиплексора 77, на управляющие входы которого поступают сигналы с третьего-шестого выходов блока 72 управления. Выходы первого N-го каналов блока 6 интеграторов подключены к информационным входам мультиплексора 78, управление которым осуществляется с помощью узла Ж79 приоритетных прерываний, один из выходов которого соединен со входом блока 72 управления. На вход узла 79 приоритетных прерываний, а также на вход блока 80 управления ПЗУ и интерфейсного блока 81 поступает информация от шин адреса и управления блока 7. Выходы мультиплексора 78 и постоянного запоминающего устройства 82 подключены ко входу блока 83 ключей, управление которым осуществляется с помощью узла 79 приоритетных прерываний. Вход ПЗУ 82 соединен с выходом блока 80 управления ПЗУ. Выход интерфейсного блока 81 подключен ко входу управления двухпортового коммуникационного ОЗУ 8, а выход блока 83 ключей подключен ко входу шины данных цифрового процессора 7 обработки сигналов.

Многофункциональный генератор 5 (фиг.1 и фиг.10) содержит делитель 84 частоты, первый-пятый выходы которого подключены к соответствующим входам блока 85 управления, на вход которого поступает внешний потенциальный сигнал "ведущий/ведомый". Выход блока 85 управления подключен к первому входу формирователя 86 тактовых частот, а также к остальным N-каналам многофункционального генератора 5. На второй вход формирователя 86 тактовых частот поступает сигнал с первого выхода блока 87 управления псевдослучайными последовательностями, вход которого соединен с шиной управления цифрового процессора 7 обработки сигналов. Первый выход формирователя 86 тактовых частот подключен ко входу синхронизации генератора ПСП пониженной точности (ПТ) системы "Глонасс" и генератора ПСП общего применения С/А системы "Навстар", которые выполнены на основе генератора ПТ/СА 88. Выбор режима работы генератора осуществляется путем подключения второго выхода блока 87 управления ПСП к входу управления блока 88 и подачи потенциального сигнала "Навстар"/"Глонасс" в зависимости от вида космического аппарата. В случае работы с КА системы "Глонасс" на вход блока 88 поступает сигнал частотой 511 кГц, а при работе с КА системы "Навстар" 1,023 МГц. Второй выход формирователя 86 тактовых частот подключен ко входу синхронизации генератора ПСП высокой точности (ВТ-код), который выполнен на основе блока 89. В случае работы блока 89 на вход синхронизации блока 89 поступает сигнал частотой 5,11 МГц. Информационный вход блока 89 соединен с третьим выходом блока 87 управления псевдослучайными последовательностями, обеспечивая тем самым возможность программного изменения режима работы генератора ПСП 89. Информационные входы блоков 88 и 89 подключены соответственно к первому и второму входам мультиплексора 90, первый и второй входы управления которого соединены соответственно с четвертым и пятым выходами блока 87. На выходах мультиплексора 90 в зависимости от сочетания входных сигналов образуются сигналы псевдослучайных последовательностей: а) для системы КА "Навстар": C/A (норма), СА (раньше), С/А (позже), б) для системы КА "Глонасс": ПТ (норма), ПТ (раньше), ПТ (позже), для системы КА "Глонасс": ВТ (норма), ВТ (раньше), ВТ (позже).

Указанные сигналы псевдослучайных последовательностей поступают на вход множительного устройства 55 частотно-кодового коррелятора 4. Выходы управления блоков 88 и 89 подсоединены соответственно к первому и второму входам управления счетчика 91 псевдодальностей, тактовый вход которого подключен ко входу тактовой частоты 20 МГц многофункционального генератора 5. Информационный вход счетчика 91 псевдодальностей подключен к шестому выходу блока 87 управления ПСП, обеспечивая подачу начального вектора псевдодальностей. Информационный выход указанного счетчика 91 подключен к шине данных блока 7.

Тракт первичной обработки информации включает в себя частотно-кодовый коррелятор 4, блок 6 интеграторов и ряд узлов, реализованных на основе цифрового процессора 7 обработки сигналов, при этом выходы блока 6 интеграторов подключены ко входу блока 92 оценки параметров, первый выход которого соединен с информационным входом двухпортового ОЗУ 8, а второй с блоком 80 управления ПЗУ, выход которого подключен к адресному входу ПЗУ 82, на основе которого реализован арктангенсный фазовый детектор петли слежения за фазовой несущей (блок 82, цифровой фильтр 93, регистр 94, цифровой управляющий генератор 54) и за частотной ошибкой несущей (вычитатель 95, цифровой фильтр 93, регистр 94, многофункциональный генератор 5 и частотно-кодовый коррелятор 4). Третий и четвертый выходы блока 92 оценки параметров соединены соответственно с первым и вторым входами цифрового фильтра 96, обеспечивая этим реализацию контуров за задержкой кода и ошибкой за задержкой кода путем подключения ко второму входу регистра 94, выходом соединенного со входом блока 54 частотно-кодового коррелятора 4.

На фиг. 12 приведена графическая интерпретация оценки фазы кода по трем огибающим.

На фиг. 13 дана графическая интерпретация накопления доплеровского сдвига, который впоследствии должен быть скомпенсирован путем противовращения вектора для определения псевдодальности от потребителя к i-ому КА.

На фиг.14 представлена структурная схема вычисления фазы вектора противовращения реализованная на основе ПЗУ 53 частотно-кодового коррелятора 4.

Работает заявляемое устройство следующим образом. На вход антенны 1 приемника 2 спутниковых радионавигационных систем приемоиндикатора поступают одновременно сигналы космических аппаратов двух спутниковых радионавигационных систем, а именно "Глонасс" и "Навстар" Si которые излучаются в L₁-диапазоне и имеют вид SiL₁(t) Pi(t)Di(t)Cos(₁L₁t + _iL₁ (1) где Pi(t) ПСП огибающая i-го КА, i=1,n; Di(t) навигационное сообщение i-го КА; _iL₁ начальные фазы принимаемых сигналов; _i L₁ несущие частоты i-го КА, t текущее время.

Амплитудно-частотная характеристика приемного тракта определяется спектрами частот принимаемых сигналов. Спектр сигналов системы КА "Навстар" по коду общего применения С/А составляет (1575,42-1) МГц, а спектр сигналов КА СРНС "Глонасс" при работе по коду общего применения СА и высокоточному Р-коду составляет (1602.1620,6) МГц. Это означает, что общая полоса частот принимаемых сигналов равна 1574,42f1620,6 МГц, т.е. занимаемая полоса частот f составляет примерно 50 МГц.

Принимаемые сигналы проходят через антенну и входной фидер, который входит в состав антенны и представляет собой 1/4-волновый замкнутый на одной стороне отрезок коаксиальной линии и служит для согласования параметров антенны и входных цепей приемника. С выхода фидера антенны 1 сигналы поступают на вход широкополосного фильтра-преселектора 21, который служит для ограничения полосы частот принимаемых сигналов в диапазоне 1574,42.1621 МГц. Указанный фильтр, выполненный на микроволновых линиях, реализует эллиптический полосовой фильтр Кауэра 5-го порядка. На фиг.5 а представлена амплитудно-частотная характеристика данного фильтра, а на фиг.5 б его фазочастотная характеристика. Как видно из фиг.5 б, широполосный фильтр-преселектор 31 обладает важным достоинством, а именно практически линейной фазой в полосе пропускания фильтра, что является большим преимуществом при работе со сложными фазоманипулированными сигналами, принимаемыми со спутников. Это приводит, например, к тому, что фильтр-преселектор 21 имеет одинаковое линейное время группового запаздывания в полосе пропускания, равное примерно 2,5 нс (фиг.5 в). Такая реализация приводит к тому, что нет необходимости использовать специальный калибратор для обеспечения одинакового времени группового запаздывания t для всех сигналов, принимаемых от КА. С выхода фильтра-преселектора 21 сигнал поступает на вход малошумящего усилителя 22, выход которого соединен со входом полосового фильтра 23, сигнал с выхода которого поступает на вход второго малошумящего усилителя 24. Полосовой фильтр 23 служит для устранения дополнительных пульсаций в полосе заграждения широкополосного фильтра-преселектора 21, а также для развязки между малошумящими усилителями 22 и 24. Основное усиление приемного тракта обеспечивается малошумящими усилителями 22 и 24, которые выполнены на основе арсенид-галлиевых транзисторов с барьером Шоттки. Параметры малошумящих усилителей 22 и 24, коэффициент усиления 35 дБ, диапазон принимаемых частот 1.8 ГГц при неравномерности амплитудно-частотной характеристики 1 дБ и коэффициенте шума 1,1 дБ.

В дальнейшем сигнал с выхода МШУ 24 поступает на вход смесителя 25, выполненного по балансной схеме и представляющего собой линейный преобразователь сдвига частоты, т.е. на выходе блока 25 происходит выделение сигнала разностной частоты f_пр=f_c-f_г причем сохраняется линейность времени группового запаздывания t для всех принимаемых сигналов.

Выход смесителя 25 соединен со входом полосового фильтра 27, амплитудно-частотная характеристика которого представлена на фиг.6. Он представляет собой два последовательно соединенных фильтра Бесселя третьего порядка с линейной фазо-частотной характеристикой, настроенных на частоты сигналов космических аппаратов системы "Навстар", т.е. на частоту (133-137 МГц) и системы "Глонасс", т.е. на частоту (157-181 МГц), обеспечивая тем самым обработку входной информации в широкий полосе частот. Выход полосового фильтра 27 соединен с первым входом усилителя 28 промежуточной частоты для дальнейшего усиления входного сигнала. Для обеспечения постоянства коэффициента усиления в заданных пределах используется блок 30 автоматической регулировки усиления, охватывающий МШУ 22 и 24 усилитель 28 промежуточной частоты. Выходной сигнал усилителя 28 промежуточной частоты поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 29, в котором реализована квадратурная обработка входной информации за счет подачи на управляющие входы данного узла прямоугольных импульсов с частотой 90 МГц со сдвигом на четверть периода, при этом на выходах I₁, I₂ образуется синусная, а на выходах Q₁, Q₂ косинусная составляющая входного комплексного информационного сигнала.

Дальнейшая работа приемоиндикатора обеспечивается при поддержке внутреннего математического обеспечения (МО). После прохождения тестовых программ и подтверждения работоспособности основных узлов приемоиндикатор переходит в режим ожидания прерывания, например, от многофункционального генератора 5 либо от блока решения навигационной задачи.

Следующая проблема, которая решается при поддержке внутреннего математического обеспечения, это выбор оптимального рабочего созвездия КА из общего количества радиовидимых в данный момент времени. Начальный выбор рабочего созвездия КА производится по данным действующих альманахов двух систем, которые в заявляемом устройстве хранятся: для системы КА "Глонасс" в РПЗУ 15 (фиг.1), а для системы "Навстар" в энергонезависимом ОЗУ 18 (фиг.1). При этом учитываются также приближенные координаты места потребителя и текущее время суток, которые вводятся с клавиатуры. В этом случае блок решения навигационной задачи производит пересчет действующего альманаха на текущий момент времени с целью определения возможности радиовидимости каждого КА в конкретный момент времени. В случае, если альманах устарел, либо при первом включении заявляемого устройства, внутренним МО (математическим обеспечением) выдается команда "обновить альманах" либо "осуществить поиск КА вслепую". При этом проводится последовательный поиск по N-физическим каналам в общем случае по одному КА систем "Глонасс" и "Навстар", считывается навигационное сообщение. Одновременно определяется и эфемерная информация, т.е. определяется число работающих спутников двух систем в данный момент времени, их координаты и прогнозируемое доплеровское смещение относительно потребителя. Следует заметить, что данная процедура занимает по времени десятки минут. В случае использования эфемерной информации по данным альманаха результаты первого отсчета измерений вектора состояния навигационных параметров могут быть получены в ряде случаев с достаточно большой погрешностью. Зная эти исходные данные, первоначально формируется признак СРНС K_i т.е. если, например, в i-ом канале принимается сигнал системы "Навстар", то K_i=0 и K_i=1, если в i-ом канале принимается сигнал со спутника системы "Глонасс".

В дальнейшем из всех работающих в данный момент времени спутников выбирается оптимальное созвездие КА двух систем (например, на основе критерия минимального геометрического фактора), при этом известно истинное положение каждого из входящих в оптимальное созвездие спутников. Так как в заявляемом устройстве число физических каналов N=8, то в оптимальное созвездие входит 8 КА систем "Глонасс" и "Навстар". Так как все физические каналы первичной обработки информации идентичны, рассмотрим детально работу одного из них на примере работы КА системы "Глонасс". Такой выбор объясняется только тем, что прием и обработка сигналов по системе "Глонасс" осуществляется по двум кодам, в то время как в случае использования системы "Навстар" только по коду общего применения, т.е. принцип работы по системе КА "Глонасс" является более общим.

При поступлении управляющего сигнала с выхода дешифратора номера космического аппарата инициализируется работа канала слежения и измерения параметров сигнала данного КА. Приемоиндикатор в этом случае работает так: блок вычисления 7 обнуляет счетчики 60-63 и 73 и 76, блок 7 разрешает по прерыванию работу многофункционального генератора 5, с выхода 90 которого на вход множительного устройства 55 частотно-кодового коррелятора 4 поступают ПСП- последовательности кода общего применения С раньше, С норма, С позже на второй вход устройства 55 при этом поступают считанные отсчеты фазы с ПЗУ 53. Выходы множительного устройства 55 соединены с накапливающими сумматорами 56-59, выходы которых подключены ко входам двоичных счетчиков 60-63, соединенных через двоичные ключи 64-67 со входами счетчиков-накопителей 68-71, на выходе которых в режиме разделения времени накапливаются значения шести сумм I раньше, I норма, I позже,